JP2014126595A - 画像形成装置並びにそのトナー濃度制御方法及びトナー濃度制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】線速を変更しても常にトナー濃度センサの出力とトナー濃度との関係が一定に維持される画像形成装置及びそのトナー濃度制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置６８はトナー濃度センサ４４の出力電圧目標値を記憶し、現像器１４内の現像剤Ｔｎを現像器攪拌装置７０により攪拌動作させ、トナー濃度センサ４４の出力電圧（Ｖ）７１値を測定する。トナー濃度センサ４４の出力電圧が目標とする出力電圧とのずれがあるときは、そのずれ分を制御入力電圧７２に与えるフィードバック制御を行い、トナー濃度センサ４４の出力電圧が目標とする出力電圧になったときの制御入力電圧７２と任意の線速との関係式を現像器１４に内蔵のメモリに保存する。画像形成処理を実行するときはメモリから読み出した関係式に基づいて現行の線速に応じた制御入力電圧をトナー濃度センサに印加する。
【選択図】図５

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置並びにそのトナー濃度制御方法及びトナー濃度制御プログラムに関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置がある。この画像形成装置は、一般に感光体ドラムを一様に帯電させて初期化し、この感光体ドラムに光書込みによって静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー像化して、そのトナー像を直接または間接に用紙等の転写材に転写して定着器で定着させる。

このような電子写真方式の画像形成装置には、トナーのみから成る一成分現像剤を用いるものと、トナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いるものとがある。近年、要望が強い印字（以下、印刷ともいう）処理の高速化に対処するには二成分現像剤を用いる方式の方がよく対応できる。

上記の二成分現像剤のキャリアは、現像器内でトナーと混合撹拌されてトナーに所定の電荷を与える。電荷を与えられたトナーはキャリアの表面に一時的に付着してキャリアの表面を被覆する。

現像器には磁性体の現像ローラが配置されている。現像ローラに付着したキャリアは電荷を帯びたトナーを感光体上に運び、感光体上の静電潜像にトナーを転移させて静電潜像上にトナー像を現像させる。

表面のトナーを放出したキャリアは現像ローラ上に残り、再び現像器内に戻って現像器に補給される新たなトナーと再び混合撹拌され、トナーに電荷を与え、そのトナーを感光体上に運ぶ、ということが繰り返される。

一般に、現像器の現像剤中のトナー濃度が高すぎると形成された画像に地汚れ等が発生する。逆にトナー濃度が低すぎると高濃度な画像が得られない。従って、高画質な画像を得るためには現像器内の現像剤のトナー濃度を一定範囲内に制御することが必要である。

そこで、このような現像剤を使って画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置の現像器では、印字して消費したトナー量を測定するためのトナー濃度センサが設けられている。そしてトナー濃度が所定以下に低いことが検知されると現像器にトナーを補給するようにしている。

上記のトナー濃度センサには透磁率を検知する磁気センサが使用される。このトナー濃度センサは、現像器の内壁面の一部に検知面を露出させ、この検知面周辺の現像剤中のキャリアからの透磁率の変化を検知する。すなわち、トナー濃度が高いと透磁率が下りセンサ出力は弱くなる。トナー濃度が低いと透磁率が上がりセンサ出力は強くなる。

そして補給基準電圧値（補給電圧閾値）よりもセンサ出力が上回った場合トナーを不足分だけ補給し、出力が基準電圧値よりも下回れば補給を停止する。この時のトナー量は補給される時間当たり定量の補給が好ましい。

ところで、近年の画像形成装置は、カラー印刷、モノクロ印刷、高速印刷と、画像形成の処理速度が３段階に可変なものが出来ている。処理速度は一般に感光体ドラムの回転数つまり感光体ドラムの周面の回転線速度が基準となるため、処理速度のことを、当業界では「線速」と言い習わしている。

ところが、線速が変化すると、現像器の駆動速度も変化し、現像器内の現像剤の流速や流量等も変化するため、同一のトナー濃度に対するトナー濃度センサの検知出力が変化することが判明した。

同一のトナー濃度に対するトナー濃度センサの検知出力が変化してしまうのでは、現像器内のトナー濃度の制御が不安定になって、安定した画像を形成できなくなるという不具合を生じる。

この不具合を解消して、トナー濃度を常に一定に制御するために、［透磁率センサ出力実験］により得られたデータに基づいて感光体ドラムの線速の変化に応じてトナー濃度センサの検出値に対するしきい値を変更することが提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

特開２００２−２０７３５７号公報

しかしながら、画像形成装置の現像器、及びトナー濃度センサには、それぞれに個体差つまり特性があり、トナー濃度センサの出力実験のデータに基づいて一律に検出値に対するしきい値を設定しても、組み上がった現像器、又はこれに取り付けたトナー濃度センサごとに、センサ出力とトナー濃度との関係が一定しないという不具合が発生する。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置において、線速を変更しても常にトナー濃度センサの出力とトナー濃度との関係が一定に維持される画像形成装置並びにそのトナー濃度制御方法及びトナー濃度制御プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、現像器個別の情報を現像器内に記録格納するための内蔵のメモリと、上記トナー濃度に対する上記トナー濃度センサの出力電圧の目標値を設定する出力目標値設定手段と、任意の線速で上記トナー濃度センサの出力電圧値を取得する出力電圧値取得手段と、該出力電圧値取得手段により取得された上記出力電圧値と上記目標値との差分によって上記トナー濃度センサに印加する制御入力電圧を変化させることで上記出力電圧値が上記目標値になるようにフィードバック制御する制御入力電圧フィードバック制御手段と、上記出力電圧値が上記目標値になった場合の上記制御入力電圧を線速対応適正制御入力電圧値として取得する適正制御入力電圧値取得手段と、上記任意の線速を他の線速に変更して、上記出力電圧値取得手段と上記制御入力電圧フィードバック制御手段と上記適正制御入力電圧値取得手段とを繰り返す繰返し手段と、該繰返し手段により取得された複数の上記線速対応適正制御入力電圧値を基に、上記線速との対応テーブルを生成するテーブル生成手段と、該テーブル生成手段により生成された上記テーブルを上記現像器内蔵の上記メモリに格納するテーブル格納手段と、を備えて構成される。

また、上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置のトナー濃度制御方法は、現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、現像器個別の情報を現像器内に記録格納するための内蔵のメモリと、を有する上記現像器に対し、上記トナー濃度に対する上記トナー濃度センサの出力電圧の目標値を設定する出力目標値設定工程と、任意の線速で上記トナー濃度センサの出力電圧値を取得する出力電圧値取得工程と、該出力電圧値取得工程により取得された上記出力電圧値と上記目標値との差分によって上記トナー濃度センサに印加する制御入力電圧を変化させることで上記出力電圧値が上記目標値になるようにフィードバック制御する制御入力電圧フィードバック制御工程と、上記出力電圧値が上記目標値になった場合の上記制御入力電圧を線速対応適正制御入力電圧値として取得する適正制御入力電圧値取得工程と、上記任意の線速を他の線速に変更して、上記出力電圧値取得工程と上記制御入力電圧フィードバック制御工程と上記適正制御入力電圧値取得工程とを繰り返す繰返し工程と、該繰返し工程により取得された複数の上記線速対応適正制御入力電圧値を基に、上記線速との対応テーブルを生成するテーブル生成工程と、該テーブル生成工程により生成された上記テーブルを上記現像器内蔵の上記メモリに格納するテーブル格納工程と、を含んで構成される。

また、上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置のトナー濃度制御プログラムは、コンピュータで読み取り可能なプログラムであって、現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、現像器個別の情報を現像器内に記録格納するための内蔵のメモリと、を有する上記現像器に対し、上記トナー濃度に対する上記トナー濃度センサの出力電圧の目標値を設定する出力目標値設定手順と、任意の線速で上記トナー濃度センサの出力電圧値を取得する出力電圧値取得手順と、該出力電圧値取得手順により取得された上記出力電圧値と上記目標値との差分によって上記トナー濃度センサに印加する制御入力電圧を変化させることで上記出力電圧値が上記目標値になるようにフィードバック制御する制御入力電圧フィードバック制御手順と、上記出力電圧値が上記目標値になった場合の上記制御入力電圧を線速対応適正制御入力電圧値として取得する適正制御入力電圧値取得手順と、上記任意の線速を他の線速に変更して、上記出力電圧値取得手順と上記制御入力電圧フィードバック制御手順と上記適正制御入力電圧値取得手順とを繰り返す繰返し手順と、該繰返し手順により取得された複数の上記線速対応適正制御入力電圧値を基に、上記線速との対応テーブルを生成するテーブル生成手順と、該テーブル生成手順により生成された上記テーブルを上記現像器内蔵の上記メモリに格納するテーブル格納手順と、を上記コンピュータに実行させるように構成される。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置において、線速を変更しても常にトナー濃度センサの出力とトナー濃度との関係が一定に維持される画像形成装置並びにそのトナー濃度制御方法及びトナー濃度制御プログラムを提供することができる。

本発明の実施例１に係るフルカラーの画像形成装置（プリンタ、装置本体）の内部構成を説明する断面図である。 (a)は実施例１に係るプリンタの現像器を感光体ドラムと共に示す拡大断面図、(b)は現像器を(a)の矢印ｂで示す向きに切断して内部構成と現像剤の還流経路を示す断面図である。 実施例１に係るプリンタのトナー濃度センサの本来の出力値であるべき出力信号に重畳して現れる小幅周期のパルス信号を示す図である。 実施例１に係るプリンタの制御部（プリンタ制御装置）に関わる主要部の回路ブロック図である。 (a)は現像剤のトナー濃度が一定でトナー濃度センサの出力電圧の目標値が一定のとき、設定された線速において適正な制御入力電圧を得るために制御入力電圧をフィードバック制御する機能ブロック図、(b)は(a)のフィードバック制御において線速のみを任意に変更してトナー濃度センサの目標出力電圧が得られたときの制御入力電圧と線速との関係を示す図である。 線速が変更されても常にトナー濃度センサの出力とトナー濃度との関係が一定に維持されることを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、印字と印刷は同義に用いている。

図１は、本発明の実施例１に係るフルカラーの画像形成装置（以下、単にプリンタ、又は本体装置という）の内部構成を説明する断面図である。

図１に示すプリンタ１は、電子写真式で二次転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部２、転写ベルトユニット３、トナー供給部４、給紙部５、ベルト式定着ユニット６、及び両面印刷用搬送ユニット７で構成されている。

上記画像形成部２は、いわゆる背面転写方式で転写ベルト８の下部走行部表面８ａにトナー画像を転写するために、その転写ベルト８の下部走行部表面８ａに接して同図の右から左へ４個の現像装置９（９ｋ、９ｃ、９ｍ、９ｙ）を多段式に並設した構成をとっている。

この画像形成部２は、図１に示す印刷実行時位置から、それより下方の保守位置に、昇降可能にプリンタ１本体のフレームに保持されている。上記４個の現像装置９のうち上流側（図の左側）の３個の現像装置９ｙ、９ｍ及び９ｃは、それぞれ減法混色の三原色であるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の色トナーによるモノカラー画像を形成する。

また、現像装置９ｋは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック（Ｋ）トナーによるモノクロ画像を形成する。上記の各現像装置９は、画像を現像するトナーの色を除き全て同じ構成である。したがって、以下イエロー（Ｙ）のトナー用の現像装置９ｙを例にしてその構成を説明する。

現像装置９は、最上部に像担持体としての感光体ドラム１０を備えている。この感光体ドラム１０は、その周面が例えば有機光導電性材料で構成されている。この感光体ドラム１０の周面に当接し又は近傍を取り巻いて、クリーナ１１、帯電ローラ１２、光書込ヘッド１３、及び現像器１４の現像ローラ１５が配置されている。

現像器１４は、外部を覆うユニット筐体１６、内部に設けられた隔壁１７、現像ローラ１５、第１攪拌搬送部材１８、及び第２攪拌搬送部材１９を備えている。第１及び第２攪拌搬送部材１８及び１９は、ここでは特には図示しないが、スクリュー軸と、このスクリュー軸と一体に構成されて回転するフィンから成る。

この現像器１４には、トナー供給部４のトナー補給容器２０（２０ｙ、２０ｍ、２０ｃ、２０ｋ）から、同図にはＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋで示すようにイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のいずれかのトナーが供給される。

転写ベルトユニット３は、本体装置のほぼ中央で図の左右方向に扁平なループ状になって延在する無端状の上述した転写ベルト８と、この転写ベルト８を掛け渡されて転写ベルト８を図の矢印ａで示す反時計回り方向に循環移動させる駆動ローラ２１と従動ローラ２２を備えている。

上記の転写ベルト８には、一次転写ローラ２３がユニットと一体に組み込まれている。一次転写ローラ２３は転写ベルト８を介して感光体ドラム１０に圧接し、下方を循環移動する転写ベルト８の下部走行部表面８ａにトナー像を直接転写（一次転写）する。

転写ベルト８は、そのトナー像を更に用紙に転写（二次転写）すべく用紙への二次転写部２４まで搬送する。二次転写部２４は、駆動ローラ２１に隣接して下流側（図では上方）に配置された転写補助ローラ２５と、この転写補助ローラ２５に転写ベルト８を介して圧接する二次転写ローラ２６とで形成されている。

転写ベルト８には、ベルトクリーナ２７が配置されている。ベルトクリーナ２７は、転写ベルト８の従動ローラ２２に掛け渡されている表面に当接するクリーニングブレード２８を備えている。また、ベルトクリーナ２７の左方から下方にかけて隣接して、廃トナー回収容器２９が着脱自在に配置されている。

ベルトクリーナ２７は、クリーニングブレード２８により転写ベルト８の表面に残留する廃トナーを擦り取って除去し、その廃トナーを不図示の搬送スクリューにより廃トナー回収容器２９に送り込んでいる。

トナー供給部４は、転写ベルト８の上部走行部の上方に配置される４個のトナー補給容器２０（２０ｙ、２０ｍ、２０ｃ、２０ｋ）を着脱自在に備えている。４個のトナー補給容器２０には前述したようにイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーが収容されている。

これら４個のトナー補給容器２０は、図１では転写ベルトユニット３の向う側に隠れて見えないが、それぞれ装着部のトナー供給口に続くトナー供給路を介して、それぞれに対応する現像装置９の現像器１４と連結されている。

このトナー供給部４は、特には図示しないが、図１に示す印刷実行時位置から、それより上方の保守位置に、昇降可能に装着部を介してプリンタ１本体のフレームに保持されている。

給紙部５は、上下２段に配置された２個の給紙カセット３０（３０ａ、３０ｂ）を備えている。２個の給紙カセット３０の給紙口（図の右方）近傍には、それぞれ用紙取出ローラ３１、給送ローラ３２、捌きローラ３３、待機搬送ローラ対３４が配置されている。

待機搬送ローラ対３４の用紙搬送方向（図の鉛直上方向）には、転写ベルト８、転写補助ローラ２５、二次転写ローラ２６による前述した用紙への二次転写部２４が形成されている。

この二次転写部２４の下流（図では上方）側にはベルト式熱定着ユニット６が配置され、ベルト式熱定着ユニット６の更に下流側には、定着後の用紙をベルト式熱定着ユニット６から搬出する搬出ローラ対３６、及びその搬出される用紙を装置上面に形成されている排紙トレー３７に排紙する排紙ローラ対３８が配設されている。

両面印刷用搬送ユニット７は、外面（図の右方外側面）がプリンタ１の内部を側面から外部に開放又は遮蔽する開閉部材を兼ねている。

この両面印刷用搬送ユニット７は、排紙ローラ対３８の直前から図の右横方向に分岐する返送開始路３９ａ、それから下方に曲がる返送中間路３９ｂ、更に上記とは反対の左横方向に曲がって最終的に返送用紙を反転させる返送終端路３９ｃから成る返送路３９を備えている。

また、返送路３９の途中には、５組の返送ローラ対４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ）が配置されている。上記返送終端路３９ｃの出口は、給紙部５の下方の給紙カセット３０ｂに対応する待機搬送ローラ対３４への搬送路に合流している。

図２(a)は上記構成のプリンタ１の現像器１４を感光体ドラム１０と共に示す拡大断面図であり、図２(b)は現像器１４を図２(a)の矢印ｂで示す向に切断して内部構成と現像剤の還流経路を示す断面図である。

なお、図２(a),(b)には図１の構成と同一の構成部分には図１と同一の番号を付与して示している。また、図２(b)では図２(a)に示すクリーニングブレード４３の図示を省略している。

図２(a)に示すように、現像器１４は、外壁を形成するユニット筐体１６と内部の隔壁１７とで仕切られる２つの現像槽４２（上現像槽４２ａ、下現像槽４２ｂ）を備えている。上現像槽４２ａには、前述した現像ローラ１５と第２の攪拌搬送部材１９が配置されている。

現像ローラ１５には、ドクターブレード４３が当接している。下現像槽４２ｂには前述した第１の攪拌搬送部材１８が配置されている。この現像槽４２ａにはトナー濃度センサ４４がその検知面４５を槽内に露出して配置されている。

第２の攪拌搬送部材１９は、回転軸４６とこの回転軸４６に螺旋状に固設された螺旋状フィン４７とで構成されている。第１の攪拌搬送部材１８は、回転軸４８とこの回転軸４８に螺旋状に固設された螺旋状フィン４９とで構成されている。

第２の攪拌搬送部材１９は、矢印ｃで示すように図の反時計回り方向に回転し、現像槽４２ａ内の現像剤を螺旋状フィン４７で攪拌しながら矢印ｅ１、ｅ２、e３で示すように図２(a)の紙面奥行き方向手前から向こう側（図２(b)では右から左）へ搬送し、その現像剤を現像ローラ１５に供給する。

現像ローラ１５は、現像剤のトナーのみを感光体ドラム１０に供給して、感光体ドラム１０周面上の静電潜像をトナー像化（現像）する。トナーのみを感光体ドラム１０に引き取られた現像ローラ１５上の現像剤のキャリアは現像槽４２ａ内の現像剤に混合される。

その後、現像剤は第２の攪拌搬送部材１９により図２(a)の紙面奥行き方向向こう側、図２(b)では左端部の戻し口５１において矢印ｅ４で示すように現像槽４２ｂに送り戻される。戻し口５１の下方側面にはトナーが補給される補給口５２が開口している。トナー濃度が所定の補給しきい値以下になると、トナー補給容器２０の補給機構により補給口５２からトナーが補給される。

現像槽４２ｂ内の第１の攪拌搬送部材１８は、図２(a)の矢印ｄで示すように図の反時計回り方向に回転し、現像槽４２ｂ内の現像剤を螺旋状フィン５７で攪拌しながら図２(a),(b)の矢印ｆ（ｆ１、ｆ２、ｆ３）で示すように図２(a)の紙面奥行き方向向こう側から手前、図２(b)では左から右方へ搬送しながら、供給口５３から像剤を現像槽４２ａに送り出す。このように、現像剤の還流とトナーの補給が繰り返されて、トナーによる現像が逐次進行する。

上記のトナー濃度センサ４４の検知面４５は槽内に露出して配置されているので、現像剤が検知面４５に滞留しやすい。現像剤が検知面４５に滞留するとトナー濃度センサ４４の検知精度が低下する。

このトナー濃度センサ４４の検知精度の低下を防止するために、現像槽４２ｂ内の第１の攪拌搬送部材１８の回転軸４８には、トナー濃度センサ４４の検知面４５に対向して回転する位置に、ブレード保持部５４とこのブレード保持部５４に保持された弾性体シート（ブレード）５５から成るクリーニングブレード５６が固設されている。

クリーニングブレード５６は、攪拌搬送部材１７の回転軸４８と共に回転し、トナー濃度センサ４４の検知面４５を弾性体シート５５により摺擦して、検知面４５に滞留しようとする現像剤を払い飛ばして、直後に搬送されてくる現像剤と入替える。

これにより、トナー濃度センサ４４の検知面４５に現像剤が滞留することによって生じる虞のあるトナー濃度の誤検知を防止している。

もし、現像剤のトナー濃度が規定以下に薄くなっていれば、トナー濃度センサ４４がトナー濃度低下を検出する。トナー濃度低下が検出されると、トナー供給部４の当該現像器１４に対応するトナー補給容器２０から補給口５２を介してトナーＴｎが補給される。

ところで、本例のトナー濃度センサ４４は、現像剤の二成分中のキャリアの磁性分を検知している。つまり磁気センサである。現像剤のトナー濃度が高いときはキャリアに付着しているトナーが多いときである。したがって、トナー濃度センサ４４とキャリアの間の透磁率が下がり、トナー濃度センサ４４の検知出力電圧は低下する。

一方、現像剤のトナー濃度が低いときはキャリアに付着しているトナーが少ないときである。したがって、トナー濃度センサ４４とキャリアの間の透磁率が上り、トナー濃度センサ４４の検知出力電圧が上昇する。

図３は、トナー濃度センサ４４の本来の出力値であるべき出力信号に重畳して現れる小幅周期のパルス信号５７を示す図である。このようにトナー濃度センサ４４の本来の出力値に重畳されて小幅周期のパルス信号５７が発生する理由を説明する。

図２(a)で説明したように、クリーニングブレード５６の弾性体シート５５は、第１攪拌搬送部材１８の回転軸４８の回転に伴われて一定周期でトナー濃度センサ４４の検知面４５を摺擦する。

弾性体シート５５が検知面４５を摺擦中は、弾性体シート５５が検知面４５に対して現像剤を押し付ける状態となって検知面４５における現像剤の密度が上昇し、トナー濃度センサ４４の出力値がやや上昇する。

そして、弾性体シート５５による検知面４５の摺擦が終了した直後は、弾性体シート５５が検知面４５近傍の現像剤を跳ね飛ばすため、検知面４５近傍に空隙が生じて検知面４５における現像剤の密度が低下し、トナー濃度センサ４４の出力値がやや下降する。

このように、第１の攪拌搬送部材１８による撹拌動作時に弾性体シート５５が検知面４５を摺擦する周期に合わせて、トナー濃度センサ４４の検知出力値が周期的に変化する。これが図３に示す小幅周期のパルス信号５７である。

すなわち、パルス信号５７のＭａｘ値５７ａは、クリーニングブレード５６の弾性体シート５５がトナー濃度センサ４４の検知面４５を摺擦したタイミングを示している。そして、パルス信号５７のＭｉｎ値５７ｂは、弾性体シート５５が検知面４５から離れたタイミングを示している。

パルス信号５７のＭａｘ値５７ａとＭｉｎ値５７ｂとの差は、画像形成装置１の設定にもよるが、通常は０．５Ｖ程度である。以下に記載されるトナー濃度センサ４４の出力値は、上記のようなパルス信号５７の出力値の平均値を算出して得たものである。

図４は、上記のプリンタ１の制御部（プリンタ制御装置）に関わる主要部の回路ブロック図である。図４に示すように回路ブロックは、ＣＰＵ（central processing unit)５７を中心にして、このＣＰＵ５７に、それぞれデータバスを介してインターフェイスコントローラ（Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ）５８及びプリンタコントローラ（ＰＲ＿ＣＯＮＴ）５９が接続されている。ＰＲ＿ＣＯＮＴ５９にはプリンタ印字部６１が接続されている。

また、ＣＰＵ５７には、ＲＯＭ（read only memory）６２、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）６３、本体操作部の操作パネル６４、センサ部６５が接続されている。センサ部６５には各部に配置されたセンサからの出力が入力され、センサ部６５からは、詳しくは後述する現行の線速に対応するトナー濃度センサ４４への駆動電圧が供給される。

ＲＯＭ６２には、システムプログラムが記憶され、ＣＰＵ５７は、このシステムプログラムに従って各部を制御して処理を行う。

すなわち、各部において、先ず、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ５８は、例えばパーソナルコンピュータ等のホスト機器から供給される印字データをビットマップデータに変換し、フレームメモリ６６に展開する。フレームメモリ６６は、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）ごとに記憶エリアが設定されており、各色のデータが対応するエリアに展開される。

フレームメモリ６６に展開されたデータはＰＲ＿ＣＯＮＴ５９に出力され、ＰＲ＿ＣＯＮＴ５９からプリンタ印字部６１に出力される。

また、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ５８は、４個の現像装置９（９ｋ、９ｃ、９ｍ、９ｙ）それぞれの現像器１４の内蔵のメモリ１４ａに対し、詳しくは後述する現像器１４ごとの（または現像装置９ごとの）特性に応じた線形（１次の比例式）のテーブルを書き込んだり読み出したりする。

プリンタ印字部６１は、エンジン部であり、ＰＲ＿ＣＯＮＴ５９からの制御の下で、図１に示した感光体ドラム１０、一次転写ローラ２３等を含む不図示の回転駆動系、帯電ローラ１２、光書込ヘッド１３等の被駆動部を有する画像形成部、転写ベルトユニット３の上下移動を駆動する不図示の駆動部を備えている。

更に、プリンタ印字部６１は、転写ベルト８の回転駆動や、ベルト式定着ユニット６のベルト駆動を行うベルト駆動部６６や現像器１４のモータ等を駆動するトナー供給部モータ駆動部６７を備えている。

また、プリンタ印字部６１は、用紙取出ローラ３１〜排紙ローラ対３８等の回転駆動される各部からなる搬送機構、発熱駆動及び回転駆動されるベルト式定着ユニット６などのプロセス負荷への駆動出力を制御する。

そして、ＰＲ＿ＣＯＮＴ５９から出力されたブラック（Ｋ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の各色の印字データは、プリンタ印字部６１からそれぞれ対応する図１に示した光書込ヘッド１３に供給される。

ところで、トナー濃度が同一であっても線速が変更されるとトナー濃度センサの検知出力が変化することは前述した。具体的には、同一のトナー濃度、同一のトナー濃度センサ駆動電圧（以下、センサ駆動電圧という）に対して、線速が遅いほどトナー濃度センサの出力が下がり、線速が早いほどトナー濃度センサの出力が上がる傾向がある。

これに対して、センサ出力実験により得られたデータに基づいて線速の変化に応じてトナー濃度センサの検出値に対するしきい値を変更して、検出値を補正する考え方があることも前述した。しかし、これでは、個々に特性の異なる現像器やトナー濃度センサに対して適正な補正値が得られないことも前述した。

本発明では、個々に特性の異なる現像器やトナー濃度センサに対しても、線速の変更に関わり無く、トナー濃度センサの出力とトナー濃度との関係が一定に維持されるようにセンサ駆動電圧を制御する。

本例において、現像器１４は、現像剤のトナー濃度として濃度６％を基準としている。また、このときのトナー濃度センサ４４の出力として基準出力２．５Ｖとなるように設定されている。したがって、画像形成処理が実行されてトナーが消耗してくると、トナー濃度が下がるため、トナー濃度センサ４４の出力が２．５Ｖを超えるようになる。

トナー濃度センサ４４の出力が２．５Ｖを超えて所定のしきい値Ｄｔｈとなったとき、トナー濃度センサ４４の出力が２．５Ｖとなるようにトナーを補給する。本例では、線速の変更に関わり無く、トナー濃度センサの出力とトナー濃度との関係が一定に維持されるので、線速の変更に応じてしきい値Ｄｔｈを変更する必要がない。

したがって、線速の変更に関わり無く同一のしきい値を監視してトナーの補給を行うことができる。これにより、現像剤を常に適正なトナー濃度に維持して、常に高画質な画像を形成することができる。以下、これについて説明する。

先ず、現像器１４の現像剤の量を一定量に設定する。その現像剤のトナー濃度として濃度６％を設定する。そして、このときのトナー濃度センサ４４の出力電圧の目標値を２．５Ｖとする。

次に、トナー濃度センサ４４を駆動するための制御入力電圧として初期制御入力電圧を設定する。なお、この初期制御入力電圧は経験的に設定できる範囲で適宜に設定してよい。次に、任意の線速を設定する。この線速も、実際の画像処理時の線速にこだわる必要はない。

例えば、線速の速い方から遅いほうへ、モノクロ印字、高速印字、通常のカラー印字と線速が異なるが、上記３点の線速を含む範囲であれば、上記実際の画像処理時の線速にこだわる必要はない。

図５(a)は、上記のように現像剤のトナー濃度、トナー濃度センサ４４の出力電圧の目標値、初期制御入力電圧、及び任意の線速が設定されてからの、適正な制御入力電圧を取得するために、制御入力電圧をフィードバック制御する機能ブロック図である。

また、図５(b)は、図５(a)のフィードバック制御において、線速のみを任意に（図５(b)では４種類の線速Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）に変更して、トナー濃度センサ４４の目標とする出力電圧が得られたときの制御入力電圧と線速との関係を示す図である。

また、図５(b)で制御入力電圧と線速との関係を示す直線が４本あるのは、４個の現像装置９それぞれの現像器１４のトナー濃度センサ４４について、図５(a)のフィードバック制御を行って制御入力電圧と線速との関係を求めたものである。

また、４本の制御入力電圧と線速との関係を得たフィードバック制御対象の４個の現像装置９として、図５(b)では判りやすいように上から順に、９ｙ、９ｍ、９ｃ、９ｋとして示しているが、実際には、現像装置９の特性はこの順に変動しているわけではなく、順不同である。

なお、図５に示す機能ブロックは、図４に示した回路ブロックにおいて、操作パネル６４からの指示入力に基づいて、ＣＰＵ５７とセンサ部６５によって行われる処理である。

図５(a)において、先ず、制御装置６８（ＣＰＵ５７及びセンサ部６５）は、トナー濃度センサ４４の出力電圧目標値を記憶する。次に、現像器１４内の現像剤Ｔｎを、現像器攪拌装置７０（第１攪拌搬送部材１８及び第２攪拌搬送部材１９）により攪拌動作させ、トナー濃度センサ４４の出力電圧（Ｖ）７１値を測定する。

そして、トナー濃度センサ４４の出力電圧が目標とする出力電圧とのずれがあるときは、そのずれ分の絶対値を制御入力電圧７２に加算又は減算して与え、トナー濃度センサ４４の出力電圧が目標とする出力電圧に近づくようにフィードバック制御を行う。

このフィードバック制御は、トナー濃度センサ４４の出力電圧６９と制御入力電圧７２が安定するまで、すなわち、上記のずれ分が「０」に収斂するまで行う。そして、上記のずれ分が「０」に収斂したときの制御入力電圧７２を任意の線速、例えば線速Ｓ１に対する「線速対応適正制御入力電圧値」として記録する。

図５(b)では線速Ｓ１の上にプロットされた○、×、□、△が、線速１に対応する線速対応適正制御入力電圧値となる。その後、別の任意の線速（例えばＳ２）に切り替えて同様のフィードバック制御により、切り替えた線速Ｓ２におけるトナー濃度センサ４４の目標出力電圧が出る制御入力電圧をサンプリングするということを繰り返す。

上述したように、現像剤量とトナー濃度とトナー濃度センサ４４の目標出力値とは固定値であるので、線速に対する制御入力電圧の関係式は、図５(b)に示すように１次の比例式で表される。

したがって、線速に対する制御入力電圧のサンプリングは２種類採用すれば１次の比例式を得ることができるが、本例では、誤差を考慮してサンプリングは少なくとも４点とする。

このように、複数の（例えば４種類の）任意の線速に対する制御入力電圧のサンプルを得ると、っ図５(b)に示すように、現像器１４ごとの（または現像装置９ごとの）特性に応じた線形（１次の比例式）のテーブルを得ることができる。

このテーブルを基にして必要な線速数分の対応テーブルを生成し、、それぞれの現像器１４の内蔵のメモリ１４ａに保存する。ここまでは、工場から出荷する前の段階で行ってもよく、ユーザに納品してから、所定枚数の印字が行われて経時的変化を補正する必要があるときに、保守作業員等からの指示によって行なうようにしてもよい。

実際の画像形成処理時には、図４の制御部では、先ず、現像器１４のメモリ１４ａに格納されたテーブルから現行の線速に対応する線速対応適正制御入力電圧を読みとる。

そして、その読み取った線速対応適正制御入力電圧を、読み出したメモリ１４ａに対応する現像器１４のトナー濃度センサ４４への制御入力電圧として、そのトナー濃度センサ４４へ印加する。

このように、あらゆる線速に対して、現像剤量とトナー濃度を一定としたときのトナー濃度センサ４４の目標出力値が得られる線速と制御入力電圧とのテーブルに基づいて、線速が変更されたとき、その線速に対応する制御入力電圧でトナー濃度センサを駆動するのでトナー濃度センサの目標とする出力電圧とトナー濃度との関係を一定に保つことができるようになる。

図６は、線速が変更されても常にトナー濃度センサの出力とトナー濃度との関係が一定に維持されることを示す図である。図６の曲線Ｃｓは、上記のようにして得られた線速と制御入力電圧とのテーブルに基づく制御入力電圧をトナー濃度センサに印加した場合のトナー濃度とトナー濃度センサとの関係を示す基準グラフである。

曲線Ｃｌは、同じ制御入力電圧をトナー濃度センサに印加したままで、線速が曲線Ｃｓの場合よりも遅いときのトナー濃度とトナー濃度センサとの関係を示すグラフであり、基準グラフとは上方にずれが生じている。

しかし、このとき線速と制御入力電圧とのテーブルを用いて曲線Ｃｌの線速に対応する制御入力電圧をトナー濃度センサに印加すると、矢印ｇで示すように曲線Ｃｌを示していたトナー濃度とトナー濃度センサとの関係が曲線Ｃｓを描くようになる。

また、曲線Ｃｈは、曲線Ｃｓのときと同じ制御入力電圧をトナー濃度センサに印加したままで、線速が曲線Ｃｓの場合よりも速いときのトナー濃度とトナー濃度センサとの関係を示すグラフであり、基準グラフとは下方にずれが生じている。

しかし、このとき線速と制御入力電圧とのテーブルを用いて曲線Ｃｈの線速に対応する制御入力電圧をトナー濃度センサに印加すると、矢印ｈで示すように曲線Ｃｈを示していたトナー濃度とトナー濃度センサとの関係が曲線Ｃｓを描くようになる。

このように、本発明によれば、線速を変更しても常にトナー濃度センサの出力とトナー濃度との関係が一定に維持される画像形成装置並びにそのトナー濃度制御方法及びトナー濃度制御プログラムを提供することができる。

また、トナー濃度センサに対するこの制御方法及びプログラムを用いることによって、現像器本体の個体差、センサの個体差や、現像器内の現像剤の量が異なることなどによって生じてくるセンサ出力とトナー濃度の関係の個体差を同時に解消することができる。これにより、トナー補給制御の精度を上げることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[付記１]

現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、
現像器個別の情報を現像器内に記録格納するための内蔵のメモリと、
前記トナー濃度に対する前記トナー濃度センサの出力電圧の目標値を設定する出力目標値設定手段と、
任意の線速で前記トナー濃度センサの出力電圧値を取得する出力電圧値取得手段と、
該出力電圧値取得手段により取得された前記出力電圧値と前記目標値との差分によって前記トナー濃度センサに印加する制御入力電圧を変化させることで前記出力電圧値が前記目標値になるようにフィードバック制御する制御入力電圧フィードバック制御手段と、
前記出力電圧値が前記目標値になった場合の前記制御入力電圧を線速対応適正制御入力電圧値として取得する適正制御入力電圧値取得手段と、
前記任意の線速を他の線速に変更して、前記出力電圧値取得手段と前記制御入力電圧フィードバック制御手段と前記適正制御入力電圧値取得手段とを繰り返す繰返し手段と、
該繰返し手段により取得された複数の前記線速対応適正制御入力電圧値を基に、前記線速との対応テーブルを生成するテーブル生成手段と、
該テーブル生成手段により生成された前記テーブルを前記現像器内蔵の前記メモリに格納するテーブル格納手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
[付記２]

前記現像器の前記メモリに格納された前記テーブルから現行の前記線速に対応する前記線速対応適正制御入力電圧値を読み出す制御入力電圧値読出手段と、
該制御入力電圧値読出手段により読み出された前記線速対応適正制御入力電圧値で示される電圧を前記現像器の前記トナー濃度センサに印加する線速対応適正制御入力電圧印加手段と、
を有することを特徴とする付記１記載の画像形成装置。
[付記３]

前記現像器は複数個である、ことを特徴とする付記１又は２記載の画像形成装置。
[付記４]

現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、
現像器個別の情報を現像器内に記録格納するための内蔵のメモリと、
を有する前記現像器に対し、
前記トナー濃度に対する前記トナー濃度センサの出力電圧の目標値を設定する出力目標値設定工程と、
任意の線速で前記トナー濃度センサの出力電圧値を取得する出力電圧値取得工程と、
該出力電圧値取得工程により取得された前記出力電圧値と前記目標値との差分によって前記トナー濃度センサに印加する制御入力電圧を変化させることで前記出力電圧値が前記目標値になるようにフィードバック制御する制御入力電圧フィードバック制御工程と、
前記出力電圧値が前記目標値になった場合の前記制御入力電圧を線速対応適正制御入力電圧値として取得する適正制御入力電圧値取得工程と、
前記任意の線速を他の線速に変更して、前記出力電圧値取得工程と前記制御入力電圧フィードバック制御工程と前記適正制御入力電圧値取得工程とを繰り返す繰返し工程と、
該繰返し工程により取得された複数の前記線速対応適正制御入力電圧値を基に、前記線速との対応テーブルを生成するテーブル生成工程と、
該テーブル生成工程により生成された前記テーブルを前記現像器内蔵の前記メモリに格納するテーブル格納工程と、
を含むことを特徴とする画像形成装置のトナー濃度制御方法。
[付記５]

コンピュータで読み取り可能なプログラムであって、
現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、
現像器個別の情報を現像器内に記録格納するための内蔵のメモリと、
を有する前記現像器に対し、
前記トナー濃度に対する前記トナー濃度センサの出力電圧の目標値を設定する出力目標値設定手順と、
任意の線速で前記トナー濃度センサの出力電圧値を取得する出力電圧値取得手順と、
該出力電圧値取得手順により取得された前記出力電圧値と前記目標値との差分によって前記トナー濃度センサに印加する制御入力電圧を変化させることで前記出力電圧値が前記目標値になるようにフィードバック制御する制御入力電圧フィードバック制御手順と、
前記出力電圧値が前記目標値になった場合の前記制御入力電圧を線速対応適正制御入力電圧値として取得する適正制御入力電圧値取得手順と、
前記任意の線速を他の線速に変更して、前記出力電圧値取得手順と前記制御入力電圧フィードバック制御手順と前記適正制御入力電圧値取得手順とを繰り返す繰返し手順と、
該繰返し手順により取得された複数の前記線速対応適正制御入力電圧値を基に、前記線速との対応テーブルを生成するテーブル生成手順と、
該テーブル生成手順により生成された前記テーブルを前記現像器内蔵の前記メモリに格納するテーブル格納手順と、
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする画像形成装置のトナー濃度制御プログラム。

本発明は、線速を変更しても常にトナー濃度センサの出力とトナー濃度との関係が一定に維持される画像形成装置並びにそのトナー濃度制御方法及びトナー濃度制御プログラムに利用することができる。

１ フルカラー画像形成装置（プリンタ、本体装置）
２ 画像形成部
３ 転写ベルトユニット
４ トナー供給部
５ 給紙部
６ ベルト式定着ユニット
７ 両面印刷用搬送ユニット
８ 転写ベルト
８ａ 下部走行部表面
９（９ｍ、９ｃ、９ｙ、９ｋ） 現像装置
１０ 感光体ドラム
１１ クリーナ
１２ 帯電ローラ
１３ 光書込ヘッド
１４ 現像器
１４ａ メモリ
１５ 現像ローラ
１６ ユニット筐体
１７ 隔壁
１８ 第１攪拌搬送部材
１９ 第２攪拌搬送部材
２０（２０ｙ、２０ｍ、２０ｃ、２０ｋ） トナー補給容器
２１ 駆動ローラ
２２ 従動ローラ（蛇行制御ローラ）
２３ 一次転写ローラ
２４ 二次転写部
２５ 転写補助ローラ
２６ 二次転写ローラ
２７ ベルトクリーナ
２８ クリーニングブレード
２９ 廃トナー回収容器
３０（３０ａ、３０ｂ） 給紙カセット
３１ 用紙取出ローラ
３２ 給送ローラ
３３ 捌きローラ
３４ 待機搬送ローラ対
３６ 搬出ローラ対
３７ 排紙トレー
３８ 排紙ローラ対
３９ 返送路
３９ａ 返送開始路
３９ｂ 返送中間路
３９ｃ 返送終端路
４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ） 返送ローラ対
４２ 現像槽
４２ａ 上現像槽
４２ｂ 下現像槽
４３ ドクターブレード
４４ トナー濃度センサ
４５ 検知面
４６、４８ 回転軸
４７、４９ 螺旋状フィン
５１ 戻し口
５２ 補給口
５３ 供給口
５４ ブレード保持部
５５ 弾性体シート（ブレード）
５６ クリーニングブレード
５７ ＣＰＵ（central processing unit)
５８ インターフェイスコントローラ（Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ）
５９ プリンタコントローラ（ＰＲ＿ＣＯＮＴ）
６１ プリンタ印字部
６２ ＲＯＭ（read only memory）
６３ ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）
６４ 操作パネル
６５ センサ部
６６ ベルト駆動部
６７ トナー供給部モータ駆動部

Claims (5)

1. 現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、
   現像器個別の情報を現像器内に記録格納するための内蔵のメモリと、
   前記トナー濃度に対する前記トナー濃度センサの出力電圧の目標値を設定する出力目標値設定手段と、
   任意の線速で前記トナー濃度センサの出力電圧値を取得する出力電圧値取得手段と、
   該出力電圧値取得手段により取得された前記出力電圧値と前記目標値との差分によって前記トナー濃度センサに印加する制御入力電圧を変化させることで前記出力電圧値が前記目標値になるようにフィードバック制御する制御入力電圧フィードバック制御手段と、
   前記出力電圧値が前記目標値になった場合の前記制御入力電圧を線速対応適正制御入力電圧値として取得する適正制御入力電圧値取得手段と、
   前記任意の線速を他の線速に変更して、前記出力電圧値取得手段と前記制御入力電圧フィードバック制御手段と前記適正制御入力電圧値取得手段とを繰り返す繰返し手段と、
   該繰返し手段により取得された複数の前記線速対応適正制御入力電圧値を基に、前記線速との対応テーブルを生成するテーブル生成手段と、
   該テーブル生成手段により生成された前記テーブルを前記現像器内蔵の前記メモリに格納するテーブル格納手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像器の前記メモリに格納された前記テーブルから現行の前記線速に対応する前記線速対応適正制御入力電圧値を読み出す制御入力電圧値読出手段と、
   該制御入力電圧値読出手段により読み出された前記線速対応適正制御入力電圧値で示される電圧を前記現像器の前記トナー濃度センサに印加する線速対応適正制御入力電圧印加手段と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記現像器は複数個である、ことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、
   現像器個別の情報を現像器内に記録格納するための内蔵のメモリと、
   を有する前記現像器に対し、
   前記トナー濃度に対する前記トナー濃度センサの出力電圧の目標値を設定する出力目標値設定工程と、
   任意の線速で前記トナー濃度センサの出力電圧値を取得する出力電圧値取得工程と、
   該出力電圧値取得工程により取得された前記出力電圧値と前記目標値との差分によって前記トナー濃度センサに印加する制御入力電圧を変化させることで前記出力電圧値が前記目標値になるようにフィードバック制御する制御入力電圧フィードバック制御工程と、
   前記出力電圧値が前記目標値になった場合の前記制御入力電圧を線速対応適正制御入力電圧値として取得する適正制御入力電圧値取得工程と、
   前記任意の線速を他の線速に変更して、前記出力電圧値取得工程と前記制御入力電圧フィードバック制御工程と前記適正制御入力電圧値取得工程とを繰り返す繰返し工程と、
   該繰返し工程により取得された複数の前記線速対応適正制御入力電圧値を基に、前記線速との対応テーブルを生成するテーブル生成工程と、
   該テーブル生成工程により生成された前記テーブルを前記現像器内蔵の前記メモリに格納するテーブル格納工程と、
   を含むことを特徴とする画像形成装置のトナー濃度制御方法。
5. コンピュータで読み取り可能なプログラムであって、
   現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、
   現像器個別の情報を現像器内に記録格納するための内蔵のメモリと、
   を有する前記現像器に対し、
   前記トナー濃度に対する前記トナー濃度センサの出力電圧の目標値を設定する出力目標値設定手順と、
   任意の線速で前記トナー濃度センサの出力電圧値を取得する出力電圧値取得手順と、
   該出力電圧値取得手順により取得された前記出力電圧値と前記目標値との差分によって前記トナー濃度センサに印加する制御入力電圧を変化させることで前記出力電圧値が前記目標値になるようにフィードバック制御する制御入力電圧フィードバック制御手順と、
   前記出力電圧値が前記目標値になった場合の前記制御入力電圧を線速対応適正制御入力電圧値として取得する適正制御入力電圧値取得手順と、
   前記任意の線速を他の線速に変更して、前記出力電圧値取得手順と前記制御入力電圧フィードバック制御手順と前記適正制御入力電圧値取得手順とを繰り返す繰返し手順と、
   該繰返し手順により取得された複数の前記線速対応適正制御入力電圧値を基に、前記線速との対応テーブルを生成するテーブル生成手順と、
   該テーブル生成手順により生成された前記テーブルを前記現像器内蔵の前記メモリに格納するテーブル格納手順と、
   を前記コンピュータに実行させることを特徴とする画像形成装置のトナー濃度制御プログラム。